Обратное рассеяние ультразвуковых волн как основа метода контроля структуры и физико-механических свойств чугунов

Повышение надёжности контроля структуры чугунов и их физико-механических характеристик является важной научно-технической задачей машиностроительной промышленности. В работе изучены возможности контроля структуры чугунов, используя структурный шум, создаваемый рассеянием ультразвуковых колебаний на графитовых включениях разной формы. Предметом настоящих исследований являлись такие характеристики структурного шума как амплитудновременные А(t) и среднеквадратичные амплитуды AN волн рассеяния, сопоставляемые с данными по скорости ультразвуковых колебаний, а также прочностью или временным сопротивлением на растяжение образцов чугунов. В результате исследований впервые выявлено существенное различие между амплитудными параметрами структурного шума AN, полученными для образцов с разной формой графитовых включений на частоте 5 МГц. Так, например, для образцов серого чугуна (СЧ10, СЧ15, СЧ20, СЧ25), имеющих преимущественно пластинчатую форму графитовых включений, величина AN на 14–15 дБ превышает ту, что измерена в высокопрочных чугунах с превалирующей формой включений графита шаровидной формы – ВЧ50. При этом, рост продольной скорости ультразвука с увеличением временного сопротивления составил ≈ 20–25 %. Предложен метод отбраковки серого чугуна от высокопрочного по данным амплитудных параметров структурного шума AN при одностороннем и локальном прозвучивании объекта без использования дополнительного опорного сигнала, отражённого от его оппозитной стенки.

1. Ermolov IN, Lange YV. Nondestructive testing: handbook: in 8 vol. Vol. 3. Ultrasonic control. 2nd ed., revision. Moscow: Mashinostroenie. 2006. 864 p.

2. Busko VN, Vengrinovich VL, Chepyzhov BA. Non-destructive testing of cast iron products by the Barkhausen effect method. Non-destructive testing and diagnostics. 2010;(4):18-29. (In Russ.).

3. Sandomirsky SG. Peculiarities of links between the magnetic properties of cast irons with their structure and magnetic methods of control of cast iron castings (review). Casting and Metallurgy. 2016;4(85):96-10.

4. Orlowicz W, Tupaj M, Mróz M, Guzik E, Nykiel J, Zając A, Piotrowski B. Ultrasonic Assessment of Shape Index and Number of Graphite Precipitations in Spheroidal Cast Iron Manufactured in the Foundry METAL-ODLEW Sp. J., Archives of Foundry Engineering. 2009;9(4):179-182.

5. Baev AR, Mayorov AL, Konovalov GE. Ultrasonic inspection of objects with layered and heterogeneous structure. Science and Innovation. 2015;2(3):14-17.

6. Danilov V N, Voronkova LV. Investigation of possibilities of ultrasonic control of cast iron with lamellar graphite using standard direct transducers. Control. Diagnostics. 2020;1(23):4-12.

7. Baev AR, Asadchaya MV, Mayorov AL, Serge eva OS, Delenkovskiy NV. Possibilities of using amplitude-angle characteristics of surface and subsurface waves for control of materials with surface hardened inhomogeneous layer. Devices and Methods of Measurements. 2022;13(4):263-275. DOI: 10.21122/2220-9506-2022-13-4-263-275

8. Vadim N. Danilov, Liubov V. Voronkova. Attenuation of Ultrasonic Longitudinal Waves in Cast Iron with Flake Graphite on the Characteristics of Pulse Signals. Bulgarian Society for NDT International Journal “NDT Days”. 2019;2(3):167-181.

9. Nowacki K. Possibility of Determining Steel Grain Size Using Ultrasonic Waves, Metalurgija. 2009; 48(2):113-115.

10. Baqeri, R., Honarvar, F., Mehdizad, R., Case Depth Profile Measurement of Hardened Components using Ultrasonic Backscattering Metod, 18th World Conference on Nondestructive Testing Proceedings, pp. 16-20. April 2012, Durban, South Africa.

11. Muravyev VV, Muravyeva OV, Dedov AI, Baiteriakov AV. Control of structural state of steels by means of acoustic noise. Devices and methods of measurements. 2014;2(9):62-64.